为解决寒区衬砌冻胀问题,依托新疆某水电站引水隧洞工程,建立冻结圈整体冻胀模型,分析衬砌冻结深度和冻胀应力的变化规律。结果表明：在长时间的低温环境下,孔隙水会在冻结过程中发生相变,导致围岩的冻结区域扩大,从而使冻结深度增加。在冻结作用影响下,围岩的位移发生了显著的增大,尤其是在拱腰和拱顶部位,位移幅度更为显著。其中水平位移增大了12.38倍,竖向位移增大了10.8倍,拱顶处的竖向位移增大了5.94倍,拱底处的竖向位移增大了2.11倍。隧洞断面围岩的最大和最小主应力均呈现出空间分布特征,隧洞围岩的应力分布发生了显著变化,拱底区域的应力变化也相对较大,而拱腰区域经历了最大的应力波动。同时结合相关工程经验,提出寒区引水隧洞衬砌冻胀特性冻胀防治措施,能够为寒区引水隧洞的建设和运营提供更加可靠的保障。

季冻区条件下的膨胀土边坡因土体自身“遇水膨胀、失水收缩”特性，且受高寒地区环境威胁，渠道边坡极易发生表面开裂、滑塌等破坏现象。本文选取黑龙江省内典型膨胀土渠道，采用室内试验的方法，探究膨胀土的基本物理特性及膨胀性，揭示封闭系统下土体的冻胀变形规律，厘清含水率与冻胀率之间的关系。结果表明：该地区膨胀土为弱膨胀土，封闭系统下不同含水率的土样冻胀量随着含水率的增大不断升高，最大冻胀率为5.86%。本文研究成果可为膨胀土边坡稳定性治理提供一定参考。

随着我国交通运输行业的快速发展，高寒地区铁路建设正在大规模进行，然而路基冻胀却成了铁路建设及运营的难题之一，为研究高寒地区铁路路基冻胀病害及其防治措施，以某高寒铁路路基典型断面作为研究对象，在已有对路基冻胀研究的基础之上，根据路基现场监测变形，结合具体工程特点，对高寒地区铁路路基冻胀机理进一步探析。结果表明，铁路路基冻胀与水分、温度、颗粒含量、压实度有着密切关联，其冻胀率与水分、颗粒含量呈正相关，与温度、压实度呈负相关，由此提出一种路基排湿、通风的技术方法，这一技术方法可为研究高寒地区高速铁路路基冻害治理提供参考。

为解决寒区水工隧洞围岩在低温作用下孔隙水相变引起的冻胀问题,以新疆布伦口水电站引水隧洞工程为依托,基于弹塑性力学理论,采用有限元建模分析方法,考虑低温水-冰相变引起的围岩热力学参数变化,使用有限元软件建立温度-渗流-应力耦合模型,计算围岩冻胀力弹塑性解析解及围岩瞬态温度场、冻胀应力和位移,分析冻深变化规律以及冻胀前后的应力变形规律。研究结果表明:1)受低温影响围岩孔隙水发生相变,冻结圈随时间推移向围岩内部移动,冻深随之增大,且冻结计算时间200d内最大冻深为2.04m;2)围岩受冻胀作用后的应力为0.392～0.527MPa,较冻胀前相比有一定幅度的增长;3)围岩水平位移变为-0.36mm,竖直位移由冻胀前的-9.59mm变为-8.41mm,围岩状态表现为水平收缩0.36mm、拱顶沉降1.18mm。

为了量化渠基土体中的水分在冻融过程中的迁移及其分布规律,揭示渠基土体的微观冻胀特性,选取渠基土体不同部位的原状土样,进行冻融试验,采用CT扫描技术,监测研究渠基土样冻融过程中的水分迁移及其孔隙水分布规律,进一步探究渠基土体的微观冻胀特性。结果表明:冻融过程中土样深度16～18 cm处的含水率较高,产生了水分积聚。冻结过程中,土体的微观孔隙结构发生了明显变化,同时发生了裂缝的张开和闭合。在融化阶段,由于冻结水快速融化,土体发生融沉,最大融沉量为6.78 mm。研究成果揭示了渠基土体单向冻融过程中的水分迁移规律、孔隙水的分布状态及其冻胀微观特性,为季节冻土区输水渠道的抗冻胀设计提供了理论基础。

莫喀(莫斯科-喀山)高速铁路线路经过莫斯科丘陵、弗拉基米尔低地、下洛夫哥罗德低地、伏尔加河丘陵等地貌单元,铁路沿线第四系松软土层分布广泛,地下水埋藏较浅,土壤湿度高,分布大面积季节性冻土。研究沿线季节性冻土的冻胀特性对高速铁路工程设计、施工运营安全等具有重要意义。本文通过对铁路沿线14个场地监测数据的分析,得出以下结论:(1)莫喀高速铁路沿线地基土主要为低液限黏土,其粉粒含量极高,均值达到30%,土层具有极强的冻胀性;(2)沿线季节性冻土区地下水位多处以上升为主,且土体出现冻结时间早(11月中旬开始),这将增大土体的冻胀,影响铁路路基的稳定性;(3)雪盖有利于抑制土体的冻胀。

以黑龙江地区季节冻土区粉质粘土为例,通过单因素和多因素冻胀性试验研究,分析了冻胀率随含水率、冻结温度及干密度的变化规律,应用spss统计分析软件建立了冻胀率与含水率、干密度及冻结温度的多元线性回归模型。试验结果表明,粉质粘土的冻胀率与含水率、干密度及冻结温度呈较好的线性关系,高含水率、低冻结温度及大干密度会使土的冻胀性加剧;含水率对土的冻胀率影响最显著,其次是冻结温度,干密度最小;多元线性回归模型拟合度较好。

介绍了季节性冻土的冻胀试验系统的组成及冻土的冻胀参数的测量方法,并利用该系统对某冻胀性试验土样的冻胀参数进行一个自然冻融周期的观测,得到土温、气温、冻融深度、冻胀力、冻胀位移等数据的变化曲线,通过分析试验数据得出土的冻胀参数变化规律。

研究了不同试验条件下兰新铁路K411+200处季节冻土土冻胀量的特点,进行了冻胀试验并对试验结果进行了对比分析。试验结果表明:冻胀量随含水量的增加而增长,开放体系冻胀量远大于封闭体系冻胀量,但初始含水率对冻胀的影响在封闭体系下比开放体系下更敏感。

利用自制冻胀试验装置,对淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土、粉砂在不同冷端温度、含水率及荷载作用下的冻胀规律进行试验研究。结果表明:在试验含水率及干密度范围内,土体冻胀率随冷端温度下降线性降低,随土样含水率增加线性增大,随干密度增加而增大,随上部荷载增大呈指数规律降低。同时对淤泥质黏土进行了正交冻胀试验,表明各因素对土体冻胀率的影响程度的由大到小顺序为:含水率、冷端温度、干密度、上部荷载。最后给出了不同因素对黏性土冻胀的预测模型。